技工院校工業(yè)機(jī)器人在教學(xué)中的研究應(yīng)用

郭能強(qiáng) 王揚(yáng) 陳家樂(lè) 林進(jìn)梅

（廣西南寧技師學(xué)院，廣西 南寧 530001）

隨著科技的不斷發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織將機(jī)器人定義為“一種自動(dòng)的、位置可控的、具有變成能力的多功能機(jī)械手”。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義，工業(yè)機(jī)器人在未來(lái)將會(huì)是工業(yè)領(lǐng)域中的多關(guān)節(jié)機(jī)械手，會(huì)逐漸發(fā)展為可以自動(dòng)執(zhí)行工作命令的機(jī)械裝置。它在實(shí)際的工作開(kāi)展中可以依靠自身的動(dòng)力以及控制能力完成各項(xiàng)工作。另外，國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)也從未來(lái)科技的角度出發(fā)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，他們認(rèn)為工業(yè)機(jī)器人將會(huì)是未來(lái)發(fā)展的重要方向之一。我們要知道信息時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，以智能為主導(dǎo)的時(shí)代也即將來(lái)臨，隨著各個(gè)行業(yè)的不斷改革發(fā)展，“工業(yè)4.0”時(shí)代已經(jīng)來(lái)到，技工院校作為我國(guó)職業(yè)教育的基礎(chǔ)，就需要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，增設(shè)相關(guān)的專業(yè)以及課程，以此培養(yǎng)出更多專業(yè)人才，方便在未來(lái)的發(fā)展中更好地應(yīng)用智能時(shí)代。即使無(wú)法設(shè)置對(duì)口的專業(yè)，也需要各個(gè)學(xué)校注重從工業(yè)機(jī)器人的角度出發(fā)，將其應(yīng)用到實(shí)訓(xùn)教學(xué)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)其本身的價(jià)值。通過(guò)考察發(fā)現(xiàn)，技工院校有著屬于自己的實(shí)訓(xùn)體系以及教學(xué)設(shè)備，其中涉及內(nèi)容較多，在對(duì)新型實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)發(fā)和提升過(guò)程中，有著一套屬于自己的流程，能夠更加有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)。并且能夠有效地將其應(yīng)用到實(shí)際的教學(xué)當(dāng)中。機(jī)器人的學(xué)習(xí)過(guò)程融合了計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子、通訊、控制、聲、光、電、磁等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。因此機(jī)器人教育和傳統(tǒng)的學(xué)科教育區(qū)別很大。單純的機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的學(xué)習(xí)只能作為學(xué)習(xí)機(jī)器人的基礎(chǔ)。機(jī)器人的教學(xué)應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)，學(xué)生掌握各學(xué)科的同時(shí)要對(duì)機(jī)器人行業(yè)有更為深入的了解。關(guān)于如何辦好機(jī)器人教學(xué)我們做了以下三個(gè)方面的研究。

一、工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)教學(xué)改進(jìn)

當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展較為迅速。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的人才逐漸受到了重視，而當(dāng)前很多技工院校在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中并沒(méi)有將工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用重視起來(lái)。通過(guò)此研究能夠使教師充分認(rèn)識(shí)到工業(yè)機(jī)器人的價(jià)值，并且能夠在研究中發(fā)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)設(shè)備之間的聯(lián)系，從而有效實(shí)現(xiàn)技術(shù)改革，開(kāi)發(fā)出一套符合技工院校學(xué)生的實(shí)訓(xùn)設(shè)備。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以充分地了解到自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)設(shè)備中存在的不足，通過(guò)兩者的結(jié)合不僅并提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效率，對(duì)于促進(jìn)學(xué)生操作能力、探究能力以及創(chuàng)新能力的發(fā)展都有著積極地影響。通過(guò)此研究能夠豐富實(shí)訓(xùn)教學(xué)的內(nèi)容，改變學(xué)生的態(tài)度，使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中便可以了解當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際發(fā)展情況。

1.通過(guò)實(shí)訓(xùn)臺(tái)將基礎(chǔ)訓(xùn)練、裝配、搬運(yùn)、分揀、碼垛五大典型任務(wù)和工業(yè)機(jī)器人集成在一起，利用工業(yè)機(jī)器人來(lái)完成對(duì)五大典型任務(wù)的訓(xùn)練，讓學(xué)生快速學(xué)會(huì)工業(yè)機(jī)器人的基本操作，提高學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人和外圍設(shè)備的綜合應(yīng)用技能。充分利用了現(xiàn)有設(shè)備同時(shí)整合了現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備資源。

2.每一個(gè)典型工作任務(wù)都結(jié)合工業(yè)機(jī)器人職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，從外部控制、傳感器檢測(cè)、機(jī)器人開(kāi)始工作、將貨物放到指定位置、機(jī)器人停止工作、外部設(shè)備進(jìn)行顯示等，完成的工作節(jié)拍，符合企業(yè)的生產(chǎn)流程。

3.ABB 機(jī)器人提供了豐富的1/0 通信接口，本任務(wù)采用ABB 的標(biāo)準(zhǔn)1/0 板DSQC652 提供輸入信號(hào)（DI）及輸出信號(hào)(DO）處理。通過(guò)與PLC 進(jìn)行通訊設(shè)置，并在機(jī)器人的示教器上就能監(jiān)控這些信號(hào)。DSQC652 板是連接在De viceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線下的設(shè)備，地址為10。其中Xl、X2 為數(shù)字輸出接口，提供16 個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)，X3、X4 為數(shù)字輸入接口，提供16 個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)；對(duì)為DeviceNet 接口，通過(guò)X5 接口與DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò)地址編號(hào)設(shè)置為10。

4.程序數(shù)據(jù)設(shè)定。

（1）工具數(shù)據(jù)tooldata 的設(shè)定：工具數(shù)據(jù)tooldatash 用于描述安裝在機(jī)器人第六軸上的工具的“工具中心點(diǎn)TCP”(ToolCenterPoinr）、質(zhì)量、重心等參數(shù)數(shù)據(jù)，機(jī)器人自帶一個(gè)默認(rèn)的工具數(shù)據(jù)ToolO，期中工具重量為0，童心與TCP 位置都在第六軸法蘭盤中心。本工程中機(jī)器人使用的是氣動(dòng)夾具如圖所示，名稱為Tooll，單控電磁閱控制，通電時(shí)抓取貨物，斷電時(shí)放開(kāi)貨物，由于本夾具與第六軸的中心點(diǎn)在X、Y 軸重合，重心在默認(rèn)ToolO 的Z 方向上偏移300mm 處，TCP 點(diǎn)設(shè)定在夾具抓取貨物的中心點(diǎn)上，從默認(rèn)ToolO 上的Z 方向偏移了50mm，質(zhì)量為0.I 嶼，采用四點(diǎn)法定義TCP 的位置數(shù)據(jù)。

（2）工件坐標(biāo)Wobjdata 的設(shè)定：機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)就是相對(duì)工件坐標(biāo)而言的，工件坐標(biāo)定義工件相對(duì)于大地坐標(biāo)的位置。本工程中利用平臺(tái)的平面設(shè)置工件坐標(biāo)Wobjdatal。采用三點(diǎn)法進(jìn)行定義。

5.程序編寫。RAPID 程序中包含了一連串控制機(jī)器人的指令，執(zhí)行這些指令可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制操作。ABB 機(jī)器人編程所使用的語(yǔ)言是RAPID 語(yǔ)言。它是一種高級(jí)語(yǔ)言。所包含的指令可以移動(dòng)機(jī)器人，設(shè)置輸出、讀取輸入，還能實(shí)現(xiàn)決策、重復(fù)其他指令、構(gòu)造程序、與系統(tǒng)操作員交流等功能。本任務(wù)采用的是結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的方法，把任務(wù)分為幾個(gè)例行程序，在主程序中調(diào)用即可，這樣可以使得各個(gè)操作相對(duì)獨(dú)立，不會(huì)產(chǎn)生干擾，便于程序的調(diào)試和修改。

（1）程序模塊：RAPID 程序是由程序模塊與系統(tǒng)模塊組成。通過(guò)新建程序模塊來(lái)構(gòu)建機(jī)器人的程序，而系統(tǒng)模塊多用于系統(tǒng)方面的控制。確定需要多少個(gè)程序模塊，是由應(yīng)用的復(fù)雜性所決定的。每個(gè)程序模塊中包含了程序數(shù)據(jù)、例行程序、中段程序和功能等對(duì)象，而且它們之間是可以互相通用的。本工程為一個(gè)程序模塊名稱：MODULE:gonggong。

（2）主程序：在RAPID 程序中，只有一個(gè)主程序main,并且存在于任意一個(gè)程序模塊中，并且是作為整個(gè)RAPID 程序執(zhí)行的起點(diǎn)。

（3）例行程序：機(jī)器人按功能區(qū)分，編制各種不同功能的例行程序，方便我們閱讀、調(diào)試程序。本任務(wù)中建立五個(gè)例行程序：初始化程序：chushihua、運(yùn)行程序：RUN、機(jī)器人抓取程序：zhuaqu、機(jī)器人放置程序：fangzhi、機(jī)器人算法程序：sum。

6.程序調(diào)試。

（1）校準(zhǔn)：ABB 機(jī)器人六個(gè)關(guān)節(jié)軸都有一個(gè)機(jī)械原點(diǎn)的位置。可視實(shí)際具體情況，對(duì)機(jī)械原點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)數(shù)器更新操作。

（2）確認(rèn)IO信號(hào)，可以用仿真的方式強(qiáng)制外部的輸入／輸出信號(hào)，確保信號(hào)準(zhǔn)確。

（3）運(yùn)行時(shí)先進(jìn)行手動(dòng)模式操作,首先進(jìn)行空載運(yùn)行，不能馬上夾取工件，觀機(jī)器人察的運(yùn)行路徑是否符合技術(shù)要求，在反復(fù)確認(rèn)后再進(jìn)行工件夾取，先低速后高速，循序漸進(jìn)，保證調(diào)試順利進(jìn)行。程序手動(dòng)調(diào)試完畢，再轉(zhuǎn)為自動(dòng)模式。

（4）在調(diào)試運(yùn)行機(jī)器人時(shí)，它可能會(huì)執(zhí)行一些意外的或不規(guī)范的運(yùn)動(dòng)。并且所有的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的力量，從而嚴(yán)重傷害個(gè)人或損壞機(jī)器人工作范圍內(nèi)的任何設(shè)備。所以時(shí)刻警惕與機(jī)器人保持足夠的安全距離。

二、工業(yè)機(jī)器人師資隊(duì)伍建設(shè)

師資隊(duì)伍由一支熱愛(ài)機(jī)器人教育事業(yè)的年輕教師和具備有較高科學(xué)素養(yǎng)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師組成。現(xiàn)在的技工院校普遍存在的教師老齡化、工業(yè)機(jī)器人教學(xué)理念滯后嚴(yán)重等問(wèn)題，針對(duì)以上問(wèn)題我們?cè)趲熧Y隊(duì)伍建設(shè)方面。做了以下幾個(gè)方面的工作。

（一）因地制宜，開(kāi)發(fā)校本教材

工業(yè)機(jī)器人品牌種類繁多，各個(gè)院校的工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)設(shè)備配套不盡相同，原有的教學(xué)教材不一定可以匹配現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備。根據(jù)本校已有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備和教學(xué)特點(diǎn)通過(guò)企業(yè)調(diào)研，畢業(yè)生追蹤調(diào)查，結(jié)合實(shí)際研發(fā)適合本校實(shí)際情況的校本教材。

（二）從企業(yè)引進(jìn)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師

教學(xué)一線的教師大多脫離了生產(chǎn)一線，對(duì)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的新技術(shù)、新理念、新信息了解滯后。工業(yè)機(jī)器人是一門新興的產(chǎn)業(yè)，教學(xué)不能脫離實(shí)際，工業(yè)機(jī)器人專業(yè)建設(shè)需要具備生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師來(lái)彌補(bǔ)教師在生產(chǎn)一線經(jīng)驗(yàn)不足的缺陷，同時(shí)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師可以幫助教師提升專業(yè)技術(shù)能力讓教學(xué)更加貼近生產(chǎn)。

從企業(yè)引進(jìn)人才增強(qiáng)了學(xué)校和企業(yè)之間的人才流動(dòng)性，有利于校企合作工作的推進(jìn)。

（三）重視技能大賽，以賽促學(xué)

制造業(yè)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，其中工業(yè)機(jī)器人更是備受關(guān)注。學(xué)校積極參加技能大賽，對(duì)教師是一個(gè)很好學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。技能大賽也可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)改進(jìn)。通過(guò)比賽競(jìng)賽和其他院校交流取長(zhǎng)補(bǔ)短反思教學(xué)教法、完善教材、提升教師技能。

三、教學(xué)資源建設(shè)

當(dāng)前，國(guó)家剛剛頒布工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該職業(yè)（工種）已經(jīng)核準(zhǔn)：四級(jí)/中級(jí)工、三級(jí)/高級(jí)工、二級(jí)/技師、一級(jí)/高級(jí)技師四個(gè)等級(jí)考核要求。根據(jù)四個(gè)層級(jí)技能遞進(jìn)的考核要求，要按急用優(yōu)先的原則，開(kāi)發(fā)出符合技術(shù)等級(jí)需求的教學(xué)資源。

四、校企合作，促進(jìn)就業(yè)

隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的操作技術(shù)工人需求也隨之增長(zhǎng)，對(duì)技術(shù)人員的技能要求也隨之增長(zhǎng)。中職學(xué)校應(yīng)以當(dāng)下的主流機(jī)型對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)培養(yǎng)，而教學(xué)中不單是要培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣、專業(yè)技能，其根本就是為了向社會(huì)輸送新型的技術(shù)人才。在學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人的專業(yè)方向以及未來(lái)的職業(yè)發(fā)展的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。了解本專業(yè)的創(chuàng)新領(lǐng)域、思維方法，為學(xué)習(xí)和就業(yè)，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

教師貼近企業(yè)了解行業(yè)的生產(chǎn)情況、用工情況、就業(yè)情況。為企業(yè)輸送優(yōu)秀的畢業(yè)生社會(huì)創(chuàng)造財(cái)富同時(shí)提高學(xué)生的就業(yè)質(zhì)量。學(xué)生對(duì)企業(yè)和崗位的全面、深入了解，在校生只有把握了具體工作崗位對(duì)就業(yè)能力的實(shí)際要求，才能更主動(dòng)、更有針對(duì)性地提高自身的相關(guān)素質(zhì)和能力，從而實(shí)現(xiàn)就業(yè)能力的培養(yǎng)。校企合作在很大程度上可以幫助在校生近距離的接觸企業(yè)，幫助學(xué)生增加對(duì)行業(yè)、企業(yè)和具體崗位的認(rèn)識(shí)。

五、總結(jié)

中職工業(yè)機(jī)器人教學(xué)不同學(xué)校教學(xué)條件不盡相同，適合中職學(xué)生的教材很少，常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人品牌有ABB、庫(kù)卡、安川、發(fā)那科。實(shí)訓(xùn)設(shè)備的差異造成了教學(xué)教材的差異。因地制宜務(wù)必做到教材和實(shí)訓(xùn)設(shè)備是匹配的。

工業(yè)機(jī)器人是一門新興的熱門行業(yè)對(duì)新行業(yè)、新業(yè)態(tài)、新技術(shù)對(duì)教師有更高的要求，學(xué)校要重視對(duì)中青年教師的培養(yǎng)建立健全教師激勵(lì)機(jī)制鼓勵(lì)教師精進(jìn)機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)方式，以賽促學(xué)培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的畢業(yè)生。

中等職業(yè)院校的目的是為社會(huì)培養(yǎng)大批的在生產(chǎn)、服務(wù)、技術(shù)和管理第一線工作的高素質(zhì)勞動(dòng)者和中級(jí)專門人才。所以中等職業(yè)教育教學(xué)要注重學(xué)生的專業(yè)知識(shí)技能培訓(xùn)。工業(yè)機(jī)器人的學(xué)習(xí)一定是貼近生產(chǎn)的，校企合作顯得尤為重要。學(xué)校與企業(yè)多方位的合作，拓展學(xué)校的教育資源及環(huán)境，提高學(xué)生的就業(yè)素質(zhì)，為企業(yè)培養(yǎng)符合崗位要求的新生血液。一般來(lái)說(shuō)具體地合作方法包括企業(yè)向?qū)W校提供實(shí)習(xí)項(xiàng)目、實(shí)習(xí)基地、所需設(shè)備和原料等，或接納學(xué)校的老師和學(xué)生到企業(yè)的生產(chǎn)崗位開(kāi)展實(shí)踐。另外，企業(yè)還可以配合或引導(dǎo)學(xué)校人才培養(yǎng)方案和專業(yè)、課程方案的具體設(shè)計(jì)，通過(guò)學(xué)校與企業(yè)雙方努力，實(shí)現(xiàn)學(xué)校到企業(yè)、學(xué)生到員工的完美過(guò)渡，進(jìn)一步促進(jìn)校園所學(xué)理論與生產(chǎn)實(shí)踐的緊密結(jié)合，使在校生日常學(xué)習(xí)與實(shí)際的崗位生產(chǎn)密切聯(lián)系，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)使其畢業(yè)就可達(dá)到企業(yè)需要，最終能夠促進(jìn)就業(yè)能力、增加就業(yè)機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)充分就業(yè)。

通過(guò)“開(kāi)發(fā)校本”“以賽促學(xué)”“校企合作”等多種方式，最終形成適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需求的、具有學(xué)校特色的工業(yè)機(jī)器人教學(xué)。